峰峰礦區(qū)三種植物根圍土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及功能多樣性研究

峰峰礦區(qū)三種植物根圍土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及功能多樣性研究隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,對礦產(chǎn)資源消耗量與日俱增,也對礦區(qū)周邊生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞。礦產(chǎn)資源開采利用過程中,大量重金屬元素外泄,通過地表徑流作用進(jìn)入周邊區(qū)域,導(dǎo)致礦區(qū)周圍土壤不同程度的重金屬污染。由于重金屬污染具有長期性、不可逆性和累積性,所以由重金屬引發(fā)的環(huán)境問題受到廣泛關(guān)注。而土壤微生物作為植物—土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,其群落活性與土壤健康狀況關(guān)系密切,群落活動對植物生長發(fā)育具有重要促進(jìn)作用,是生物修復(fù)的基礎(chǔ),對土壤微環(huán)境也存在監(jiān)測功能,在整個生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化與功能塑造方面占有重要地位。研究重金屬污染礦區(qū)微生物的結(jié)構(gòu)和功能特征,可以闡明微生物的生態(tài)功能,對污染區(qū)生境恢復(fù)和植物保護(hù)具有重要意義。本文選擇河北峰峰礦區(qū)作為研究樣地,采集冬青(Ilexchinensis)、構(gòu)樹(Broussonetiapapyrifera)、小檗(Berberiskawakamii)3種常見綠化植被根圍土壤,利用磷脂脂肪酸(PLFA)和BIOLOG方法分析土壤微生物群落與功能多樣性,結(jié)合土壤環(huán)境因子,探討植物與土壤對微生物群落的影響,為重金屬污染區(qū)域生態(tài)環(huán)境恢復(fù)提供依據(jù)。主要試驗結(jié)果如下:1、峰峰礦區(qū)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與功能代謝在植被間差異顯著。土壤磷脂脂肪酸含量表現(xiàn)為:小檗>構(gòu)樹>冬青;不同碳源利用強(qiáng)度表現(xiàn)為:小檗>構(gòu)樹≈冬青。小檗土壤環(huán)境更適合微生物生存,是礦區(qū)恢復(fù)的理想植被。2、峰峰礦區(qū)土壤微生物群落結(jié)構(gòu)與功能代謝的時空分布存在異質(zhì)性。2017年土壤微生物群落結(jié)構(gòu)豐富,碳源利用強(qiáng)度大;隨著土層加深,土壤中PLFA種類、含量減少,碳源利用率降低,微生物活性表現(xiàn)為:0-20cm土層>20-40cm土層。3、峰峰礦區(qū)土壤微生物以細(xì)菌為優(yōu)勢種,其群落結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為:細(xì)菌>放線菌>真菌>厭氧菌>原生生物。從土壤中檢測到72種磷脂脂肪酸,其中15:0anteiso是顯著影響冬青土壤微生物的PLFA;15:0iso、16:010-methyl是顯著影響構(gòu)樹土壤微生物的PLFA;16:0iso、16:1ω7c和18:1ω7c是顯著影響小檗土壤微生物的PLFA。4、峰峰礦區(qū)土壤微生物主要利用碳源類型為碳水化合物和氨基酸類,對酚酸類和胺類利用最少。其中,冬青土壤微生物主要利用碳源為:D-半乳糖酸γ-內(nèi)酯、α-環(huán)式糊精、2-羥基苯甲酸、L-天門冬酰胺、L-苯丙氨酸和L-蘇氨酸;構(gòu)樹土壤微生物主要利用碳源為:β-甲基-D-葡萄糖苷、D-木糖/戊醛糖、i-赤蘚糖醇和1-磷酸葡萄糖;小檗土壤微生物主要利用碳源為:D-半乳糖酸γ-內(nèi)酯、肝糖、衣康酸、4-羥基苯甲酸、L-絲氨酸、L-蘇氨酸和甘氨酰-L-谷氨酸。5、峰峰礦區(qū)土壤重金屬含量較高,其中Cd元素含量顯著高于國家三級土壤標(biāo)準(zhǔn),其余重金屬元素含量均符合國家環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。通過PCA分析發(fā)現(xiàn),pH、有機(jī)碳、全磷和土壤酶活是峰峰礦區(qū)主要影響因子,可以反映礦區(qū)土壤營養(yǎng)狀況。6、有機(jī)碳、土壤酶活與細(xì)菌群落顯著正相關(guān),氨氮與全部土壤微生物群落顯著負(fù)相關(guān);pH、磷酸酶與碳水化合物顯著正相關(guān),有機(jī)碳、脲酶與大部分碳源顯著正相關(guān)。有機(jī)碳和土壤酶活是影響礦區(qū)土壤微生物群落的關(guān)鍵因